红外线控制自动水龙头系统设计湖南文理学院课程设计报告课程名称：红外线控制自动水龙头系统设计院 部： 电气与信息工程学院 专业班级： 自动化11102班 学生姓名： 指导老师： 侯青莲 完成时间： 2013年5月XX日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 20摘 要水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。学以致用，针对节约用水的问题，结合自己所学的知识，开发一种既能节约用水，又操作简单方便、有实用性的水龙头。本设计要求水龙头具有红外线自动控制功能，当有人 接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。这样不仅使用起来就很方便，而且可以防止因疏忽忘记关水龙头造成水资源的白白浪费，同时又避免各种传染病的扩散和传播，可以广泛应用在公共场所（如学校、医院）的餐厅、食堂、卫生间等，既节约用水，又方便、安全卫生。 本次设计的是一种以红外线自动控制的水龙头。采用了反射式红外传感器，这种传感器的发射与接收是一体化的。当人或事物靠近时，自动产生控制信号继电器动作，使电磁阀得电吸合从而自动放水。本设计满足了人们对物质的需求，又提高了科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。目 录第1章 概 述41.1引言41.2设计目的41.3设计内容及要求41.3.1设计内容41.3.2设计要求4第2章 红外线控制自动水龙头系统设计52.1水龙头的构成及传感器控制52.2系统组成方框图52.3红外反射式光电传感器特性与工作原理62.4红外线控制自动水龙头的工作原理72.4.1红外线水龙头控制电路系统的组成72.4.2红外线水龙头控制电路工作原理7第3章 单元电路的设计83.1+5V的稳压电源的设计83.2振荡器电路的设计83.3红外接受控制电路的设计93.4电压放大电路的设计103.5音调译码器的设计113.6三端稳压器133.7LM567调制传感器14元器件清单16心得体会17附录 总电路图18参考文献19致 谢20第1章 概 述1.1 引言水是生命之源，然而地球上能够直接供人们使用的淡水资源却很贫乏，而且分布不均，特别是随着经济的发展，无论是在农业还是在工业方面对淡水的需求越来越大，所以我们应该大力提倡节约用水，寻求可持续发展。为此设计用红外线自动控制电路控制水龙头，从我们日常生活中减少水资源的浪费。1.2 设计目的 掌握数字电路系统的分析和设计方法。 能够运用所学知识，合理的选择使用集成电路元件组成电路。 了解红外线水龙头自动控制的原理、组成。1.3 设计内容及要求1.3.1 设计内容红外线控制自动水龙头，是通过红外线来控制磁水阀门的开与关。要求该电路具有自动控制功能，当有人接近或盛水容器靠近时，水龙头能自动打开，以一定流速放水；离开时水龙头自动关闭。用红外线的发生装置和接收装置实现对是否有人要用水龙头的判断，通过放大电路及其电磁水阀门的控制电路实现智能控制。1.3.2 设计要求 合理选择所需器件； 完成全电路的设计、绘制电路图； 撰写设计报告、总结报告。第2章 红外线控制自动水龙头系统设计2.1 水龙头的构成及传感器控制水龙头采用了反射式红外传感器。红外线的发射和接收一般使用红外发光二极管和红外接收管来完成。当有物体靠近时，一部份红外光被发射到接收管。反射式红外传感器（如图2-1所示）。图2-1 反射式红外传感器反射式光电传感器可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。我设计的红外线控制自动水龙头就运用了它这个特点。光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。这种光电传感器的基本原理是，当人或有物体接近时，遮挡了红外光，光敏元件接收到光信号，从而进行光电转换，电磁阀作用，使水源打开。红外线控制自动水龙头的控制过程是：当人或物体靠近自动水龙头时，红外发射光电管发出的红外经人和物体反射到红外接收光电管。接收光电管接收到的反射光信号自动转换为电信号，经过后续电路进一步放大、整形、译码，最后驱动电路控制电磁阀动作打开水源。当人手或物体离开自动水龙头时，接收光电管接收不到反射光信号，驱动电路断开电磁阀电源，从而关闭水源。2.2 系统组成方框图红外线自动控制水龙头整个控制过程分为5个部分。系统组成框图如图1-2所示多谐振荡器 调幅红外光红外接收电压放大（LM741） 音频译码 （LM567）电磁阀动作图2-2 系统组成方框图2.3 红外反射式光电传感器特性与工作原理反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光发光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率比较集中，传感器只接收很窄的频率范围信号，不容易被干扰，但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射，同时又能被接收管接收到的范围进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量，将会因为干扰而产生错误信号。采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光的测量原理是将发射信号经调制后送给红外管发射，光敏管接收调制的红外信号（如图2-3所示）反射光强度的输出信号电压（Vout）是反射面与传感器之间的距离（X）的函数，设反射面物质为同种物质时，X与Vout的响应曲线是非线性的（如图2-4所示）。设定出电压达到某一阀值时作为目标，不同的目标距离阀值，电压是不同的。发射接收反射表面xVout4x/mm10 图2-3 红外发射接收原理图 图2-4 光强度相应曲线图2.4 红外线控制自动水龙头的工作原理2.4.1 红外线水龙头控制电路系统的组成红外线水龙头控制电路包括发射电路和接收译码控制电路。其中发射电路由多谐振荡器和红外发射二极管；接收电路包括红外接收管D1和D2、运算放大器(LM741）、音频译码器（LM567）、继电器K、电源电路等组成。2.4.2 红外线水龙头控制电路工作原理工作原理：发射电路中，多谐振荡器由IC（555）和R0.R1和C7等组成。其振荡频率为f=1.44/（R0+2R1）C7，振荡输出信号驱动TLN104型的LED1LED3工作，从而产生红外脉冲调制波。接收电路中红外接受头D1.D2与发射中的发射管相匹配，采用TLN104型。红外脉冲调制经D1.D2接收管转换成电信号，经C1藕合至LM741，再经C2输入到LM567的第3管脚，经识别译码，使得中心频率f=1/1.1R6C3与红外调制频率40KHZ一致，使第8管脚输出为低电平，又经反相后，驱动VT2导通，继电器因控制有信号触发而有交流输出。当有人洗手将红外光束遮挡时，相应的D1.D2因接收到光信号而进行光电转换，从而使LM567因有信号输入而在第8脚输出为低点平，经反相VT2导通，继电器吸合，交流电压被接通，从而使水龙头的电池阀动作，水源打开。第3章 单元电路的设计3.1 +5V的稳压电源的设计电路为输出电压+5V，输出电流1.5A稳压电源。它的电压变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1.C3，防止自激电路C2、C3和一只固定式三端稳压器（7805）极为简捷方便的搭成。200v交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4 和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形式一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生精度高，稳定性好的直流输出电压。稳压电源电路（如图3-5所示）。图2-5 稳压电源电路3.2 振荡器电路的设计振荡电路是一种不需要外接输入信号就能将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路（如图3-6所示）。 （a）电路图 (b)工作波图3-6 由定时器构成的多谐振荡器由于555内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。故只需通过调节R1的阻值来改变f来使其为1Hz的秒脉冲信号，作为闸门信号。3.3 红外接受控制电路的设计 本电路是用小型一体化红外接收/解调块接受头SFM506-38和锁相环电路。它具有体积小，无需外部元件、抗光电干扰性能好，接受角度宽、功耗低、灵敏度高等优点。LM567、开关放大电路VT9013、固态继电器TAC08、电磁阀构成控制电路。（如图3-7所示）。图3-7 接收解调控制电路LM567是1片锁相环音频解码电路，采用8脚双列直插塑封，3脚为信号输入端，其工作频率由5、6脚上的阻容元件决定，8脚为逻辑输出端。IC2与R7、C12组成振荡器，R7、C12决定IC2内部压控振荡器的中心频率，LM567的3脚为信号端，8脚为逻辑输出端，该输出是1个集电极开路的晶体管输出，最大灌电流为100mA，LM567的工作电压为4759V，工作频率01Hz500kHz，静态工作电流为8mA。当无人洗手时，IC1接受到发射电路的红外脉冲经放大输出到IC2的3脚后，IC2的8脚就会输出低电平，三极管VT1截止，继电器K断电处于释放状态，电磁阀Y不动作，水龙头无自来水放出。当手放到水龙头下时，IC1不能接受红外线，IC2的3脚无信号输入，8脚输出高电平，使得VT1导通，继电器K吸合，使其常开触点闭合，接通电磁阀Y的220VAC，Y开始动作，使水龙头放出自来水，同时LED发出绿光，指示水龙头正工作于放水状态。洗涤完毕，手离开水龙头后，停止放水。SFM506-38地内部原理图（如图3-8所示）。图3-8 SFM506-38的内部原理图3.4 电压放大电路的设计 电压放大电路采用LM741集成运算放大器，（如图3-9所示）。LM741是高性能内补偿运算放大器，功耗低，无需外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。LM741的管脚功能是：1脚为调零端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，4脚为负电源端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源端，8脚为空脚端。此引脚图（如图3-10所示）。内部原理图（如图